第七章-完井工程

固井与完井本章主要内容井深结构设计固井完井概述1.固井：是油气井建井过程中的一个重要环节，它包括下套管和注水泥两个过程。2.下套管：在已钻成的井眼中按规定深度下入一定直径、由某种或几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱。3.注水泥在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间环形空间中，将套管柱与井壁岩石牢固地固结的过程。固井目的：将油气水层及复杂地层封固起来以利于进一步钻进或开采。下套管和注水泥浆固井固井水泥浆系统混合器空气水泥浆混合池空气水泥粉压力罐水泥粉压力罐柴油机柴油机水泥泵水泥泵下灰器去井口水去井口注入泵4.完井也称油井完成，包括钻开生产层，确定完井的井底结构，使井眼与产层连通，安装井底及井口等环节。第一章井身结构设计一、井身结构定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。目的保证安全、优质、快速和经济地钻达目的层内容下入套管层数各层套管的下入深度选择合适的套管尺寸与钻头尺寸组合井身结构海平面23米MSL@23m339.75mm套管下深1853.46米13-3/8CSG@1853.46m444.50mm井眼钻深1860米17-1/2HOLE@1860m转盘面(深度基准面)RKB(DatumPlane)海底泥线109.66米MUDLINE@109.66m244.48mm套管下深2884.95米9-5/8CSG@2884.95m311.15mm井眼钻深2900米12-1/4HOLE@2900m762mm导管下深163.36米30CSG@163.36m914.40mm井眼钻深166.66米36HOLE@166.66m508mm套管下深549米20CSG@549m660.40mm井眼钻深556米26HOLE@556mP2561.导管钻表层井眼时，将钻井液从地表引导到钻台平面上来。2.表层套管(1)防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、砾石层及浅层气等复杂地层。(2)在井口安装套管头，并通过套管头悬挂和支撑后续各层套管。管鞋下在有足够强度地层上，以免井涌关井后将套管鞋处的地层压漏，产生井下井喷。二、套管类型3.技术套管（中间套管）介于表层套管与生产套管之间的套管。可以是一层，也可两层或多层。封隔坍塌、易漏等复杂地层封隔不同的压力体系4.衬管（尾管）：技术尾管生产尾管（图）在已下入一层中间套管后采用，在裸眼井段下套管注水泥，套管不延伸至井口。尾管挂深m技套2水泥返深m技套1水泥返深m表层钻头фmm×m套管фmm×m技套2钻头фmm×m套管фmm×m技套1钻头фmm×m套管фmm×m生产层钻头фmm×m套管фmm×m钻井衬管的优点减轻下套管时钻机的负荷及固井后套管头的负荷可节省大量套管和水泥，降低固井成本。减少压差卡套管5.油层套管（生产套管）为油气生产提供流通通道保护产层、分层测试、分层采油、分层改造三、井身结构设计的主要原则能避免产生井漏、井塌、井喷等井下复杂情况,为全井安全、优质、快速和经济地钻进创造条件；下套管时，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压差，不产生压差卡套管现象。钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力不致压裂上层套管处最薄弱的裸露地层；能有效保护油气层，使不同压力地层免受钻井液的损害。井深1.四个压力剖面地层压力(当量密度)地层破裂压力(当量密度)坍塌压力剖面漏失压力剖面2.五个工程参数（设计系数）四、井身结构设计基础数据四、井身结构设计系数1.公用系数：抽吸压力系数Sb地层压裂安全增值Sf2.正常作业：激动压力系数Sg3.出现溢流：地层压力增加值SK4.最大允许压差ΔP(ΔPN、ΔPa)井身结构设计系数抽吸压力系数Sb上提钻柱时，由于抽吸作用使井内液柱压力降低的值，用当量密度表示；激动压力系数Sg下放钻柱时，由于钻柱向下运动产生激动压力使井内液柱压力的增加值，用当量密度表示；地层压裂安全增值Sf为了避免上部套管鞋处裸露地层被压裂的地层破裂压力安全增值，用当量密度表示；与预测精度有关。井身结构设计系数井涌允值SK由于地层压力预测误差所产生的井涌量允值，（增加值），用当量密度表示；与地层压力预测精度有关。最大允许压差ΔPN：正常压力井段；ΔPa：异常压力井段。最大允许压差ΔP在下套管过程中，为了避免发生压差粘卡套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差值，即规定最大允许压差。最大允许压差的取值在正常压力地层：ΔPN=11-17MPa在异常压力井段：ΔPa=14-22MPa井身结构设计系数五、井身结构设计关键参数1.最大钻井液密度某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大地层压力有关：ρmmax:将来要下某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，g/cm3；ρpmax:该井段的最大地层压力当量密度；Sb:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度，g/cm3。Sb=0.024-0.048g/cm3.bPmSmaxmax2.最大井内压力当量密度（梯度）a.正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，井内最大压力梯度是发生在下放钻柱时，由于产生压力激动使得井内压力增高，设由于压力激动使井内的压力增加值为Sg，则最大井内压力当量密度为：Sg:激动压力梯度当量密度,g/cm3；Sg=0.024-0.048g/cm3gmBrSmax五、井身结构设计关键参数b.发生井涌：为了制止溢流，如压井时井内压力增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：Sk=0.060g/cm3上式只适用于最大地层压力所对应的井深Dpmax处，而对于井深为D21的任意井深处的井内压力当量密度为：KbkSmaxKppmkSDD21maxmax井身结构设计关键参数3.套管下深的临界条件为了确保上一层套管鞋处的裸露地层不被压裂，应该保证，某一井段的最大地层破裂压力满足：ρf:上一层套管下入深度处裸露地层的破裂压力梯度；g/cm3Sf：为避免将上一层套管下入深度处裸露地层压裂的安全值，Sf=0.03-0.06g/cm3ffmES井身结构设计关键参数井身结构设计关键参数(不发生井涌)井身结构设计关键参数(发生井涌)fgbPfffgmESSSSSmaxmax五、井身结构设计关键参数KpfbPfffKpmESDDSSSSDDmaxmaxmaxmax（一）油层套管设计油层套管下深取决于油气层的位置和完井方法，直径一般由甲方来定。六、井身结构设计二、中间套管设计步骤和方法1.中间技术套管下入深度初选点D21的确定(1)不发生井涌时：ρf:在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3;ρPmax:裸露井段预计的最大地层压力梯度，g/cm3;通过作图确定初选点D21fgbPfSSSmax中间套管下入深度初选点D21的确定D21（2）发生井涌时：ρf:在设计套管层所在的裸眼井段发生溢流时，在最大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3;D21:设计层套管的初始下入深度，m;Dpmax:最大地层压力所对应的井深,m。通过试算确定初选点D21KpfbPfSDDSS21maxmax中间套管下入深度初选点D21的确定下入深度初选点D21的确定注意事项比较正常钻井情况下和发生溢流情况下的最小地层破裂压力，一般地，溢流时ρf不会发生液流ρf,因此通常按溢流时ρf计算，只有在肯定不会发生液流的情况下，才按不溢流时ρf计算。对于技术套管，首先计算出ρf，然后通过作图或数字计算的方法找到地层破裂压力为ρf的井深，该井深即为技术套管下入的初选点D21。中间套管下入深度初选点D21的确定2.校核套管在下入井深(初选点)D21过程中是否会发生压差卡套管校核是否会发生压差卡套管压差公式所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的最大静止压差：ΔPmax：套管所受到的最大静压差，MPa；ρPmin：该井段内最下地层压力,g/cm3;DmaxPmin：最小地层压力所对应的最大井深,m。minmaxminmaxmaxminmaxminmaxmax)(00981.0)(00981.0PPbpPPmDSPDP校核是否会发生压差卡套管比较ΔP与ΔPN(ΔPa)P≤PN（或Pa），则假定深度D21为中间套管下入深度。若P＞PN（或Pa），则中间套管下至D21过程中有被卡危险,必须采取下尾管的方法解决。若P＞PN（或Pa）,如何确定D21？校核是否会发生压差卡套管中间套管下深确定。计算不发生压差卡套管的最大地层压力的当量密度ρPPer，g/cm3;与ρPPer对应的井深即为经过校核的套管下深D2bPPNpperPPbpperNSDPDSPminminminmin0098.0)(0098.0bPPapperPPbpperaSDPDSPminminminmin0098.0)(0098.0再次确定套管下深minmin21maxminminmaxmax)(00981.0)(00981.0PPbpDPPmDSPDP分析在压力剖面图上找出ρpper值，该值所对应的深度即为中间套管下入深度。bPPNpperPPbpperNSDPDSPminminminmin0098.0)(0098.0井身结构设计bPPapperPPbpperaSDPDSPminminminmin0098.0)(0098.0新问题的出现在技术套管下入深度浅于初选点的情况下，D－D21这一井段有可能被压裂，属危险井段，必须被封住！尾管下入深度确定3.尾管下入深度计算尾管下入深度确定确定尾管的下入深度D31确定尾管下入深度的初选点D31由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度ρf可求得允许的最大地层压力梯度ρpper:KfbfpperKbpperffKeeKSDDSSSDDSSSDDSgDSgDS231231231231尾管下入深度确定通过数字计算或作图法找到与ρpper相等的地层压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深度的初选点D31。校核尾管的下入深度D31初选点是否会发生卡套管校核是否会发生压差卡尾管校核尾管的下入深度D31初选点是否会发生卡套管PPN（或Pa），则假定深度D31为尾管下入深度。校核是否会发生压差卡尾管minmin31maxminminmaxmax)(00981.0)(00981.0PPbpDPPmDSPDP三、表层套管设计设计步骤和方法表层套管下入深度初选点D21的确定根据中间套管管鞋处(D2)地层压力梯度，给定井涌条件SK，用试算法计算表层套管下入深度。每次给定D1，并代入计算。通过数字计算或作图法找到与ρfE相等的地层压力密度所对应的井深，该井深即为表层套管下入深度D1。KfbPfESDDSS122考虑复杂情况套管下入深度的设计是以压力剖面为依据，但是地下的许多复杂情况无法在压力剖面上得以反映，如易漏、易塌、盐岩层等，这些地层必须进行及时封隔。井身结构设计小结油层套管从井底到井口（对于射孔完井）当量泥浆密度GpGf井身结构设计中间套管设计步骤1.定中间套管最大下入深度假定点。根据可能钻遇的最大地层压力求设计破裂压力梯度当量泥浆密度GpGf井身结构设计2.验证中间套管是否有卡套管的危险。如有，则应减小下深3、加下一层尾管当量泥浆密度GpGf井身结构设计表层套管下入深度。当量泥浆密度GpGf井身结构设计套管尺寸和井眼尺寸的选择套管层次和每层套管的下入深度确定之后，相应的套管尺寸和井眼直径也就确定了。套管尺寸的确定一般由内向外依次进行，首先确定生产套管的尺寸，再确定下入生产套管的井眼的尺寸．然后确定中间套管的尺寸等，依次类